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MFC发展历程早在1910年就已经观察到微生物产电的现象 [10]，英国植物学家Potter在含有葡萄糖的培养基中对酵母以及大肠杆菌进行厌氧培养的过程中，监测到微生物产生了0.2 mA 的电流和0.33~0.5 V的开路电压，然而由于其产电值太低，这一研究成果在当时以及以后相当长的时间内并未得到重视。28486
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对微生物燃料电池的真正研究始于20世纪60年代[11]，此后在20世纪80年代由于电子传递中间体的广泛应用，较大地提高了微生物燃料电池的输出功率，微生物燃料电池的研究步伐得到迅速加快。早期的微生物燃料电池需要外部投加电子传递中间体，使得微生物燃料电池的产电效率低、成本高、且容易造成二次污染[12]，这在很大程度上限制了MFC的发展。
1999年Kim等[13]构建了第一个不需要外加电子传递中介体的MFC，即直接微生物燃料电池；2002年Bond等[14]发现了可直接进行与固体进行电子传递的菌种，该产电微生物可以直接向固体电极传递电子，此后微生物燃料电池的研究开始得到迅速发展。论文网
2 MFC基本工作原理
微生物燃料电池（MFC）作为生物电化学研究方向发展最早也是最为人熟悉的一个方面，是微生物技术与电池技术相结合，利用微生物作为生物催化剂来催化燃料内的能量转化为电能的装置[15]。MFCs通常由阳极、阴极和膜组成。在常规MFCs阳极室内，厌氧产电菌通过呼吸作用将作为电子供体的有机污染物氧化降解，释放电子和质子，产生的电子经由阳极，再经过外电路到阴极，形成电流；质子经过离子交换膜转移到阴极，在阴极室内，质子、电子和电子受体发生还原反应[16-17]。
图1.1 MFC工作原理图
3 生物电化学系统电子传递机理研究
目前，电化学活性微生物（electrochemically active microorganisms，EAM）的胞外电子传递（extracellular electron transfer，EET）主要分两种：（1）直接电子传递机制，即EAM利用细胞外膜的多种细胞色素蛋白、pili或“纳米导线”等附属物将电子直接传递给胞外电子受体。是一种无介体电子传递；（2）间接电子传递机制，EAM利用电子中介体（electron transfer mediators，ETMs）将电子传递给细胞不直接接触的胞外电子受体[18-20]。
Bond等[19]研究地杆菌（Geobacter sulfurreducens）在MFC中的直接电子传递时，当将培养液换为清水后产电性能几乎没有影响，电极电压文持在0.2 V，说明生物膜上存在传导电子的物质。G菌膜不分泌电子穿梭物质来帮助电子传递，这表明G菌膜直接粘附在电极表面进行直接电子传递，且SEM扫描图显示电极表面生长着致密的生物膜。
Reguera等[21]证明地杆菌（Geobacter sulfurreducens）在MFC中的电子传递存在“纳米导线”传递机制。在实验中，随着生物膜的增厚，电极和电子供体之间的距离增大，但产电性能没有下降，基因序列研究表明存在长菌毛（纳米线）帮助远距离电子传导。且随着生物膜的增厚，远离电极表面的细胞并没有失去活性，表明它们新陈代谢活跃而且参与到电子传递中。
4 生物膜特性研究
由于电子从产电微生物细胞内传递到阳极上时需要穿过细胞外壁与周边介质，所以产电微生物和电极间的胞外电子传递易成为MFC产电过程的限制因素[22]。
环境中大多数微生物细胞外都包裹着一层厚薄、疏紧不一的物质——胞外聚合物（EPS）。EPS是微生物细胞外高分子物质的总称，它们主要来源于脱落的细胞表面物质、微生物分泌物以及裂解的细胞核微生物从周围环境中吸附的有机物。每个自然存在的微生物细胞都可形成EPS，微生物细胞通过EPS相互连接从而形成生物膜， EPS可能在胞外电子传递中起到重要作用。Morgan等[23]研究证明EPS中存在大量带负电荷的官能团，如磷酰基、羧基等，EPS组成及成分影响生物表面电量的聚集。EPS中不同组分的物理化学性质是不同的，其对于电子传递的作用也不同。